Trabajo de grado - Maestría
Diseño, construcción y caracterización de un par de transductores ultrasónicos para caracterización de materiales de ingeniería
Fecha
2022-03-15Registro en:
Universidad Autónoma de Occidente
Repositorio Educativo Digital
Autor
Toro Gómez, Samuel Eduardo
Institución
Resumen
En este trabajo se muestra el proceso de diseño y construcción de transductores de ultrasonido para ensayos no destructivos (END) y caracterización de materiales. Para iniciar se hizo una recopilación de conceptos relacionados con la teoría de ondas acústicas, materiales piezoeléctricos y transductores de ultrasonido. También se implementó un modelo matricial que es útil para el análisis unidimensional de transductores debido a que permite modelar cada componente del transductor de forma individual, obtener la respuesta en frecuencia y determinar si se deben hacer cambios o mejoras en el diseño. Se realizó el diseño y fabricación de dos prototipos, que consisten en dos pares de transductores para ensayos en inmersión con frecuencias de trabajo de 1 y 2 MHz. Se explicó detalladamente el proceso de selección de materiales, manufactura y ensamble. Uno de los prototipos fueron encapsulados usando acero inox, técnica convencional usada por los fabricantes actualmente. El otro prototipo fue encapsulado usando piezas poliméricas generadas mediante manufactura aditiva. Este enfoque es novedoso y permite una importante reducción de costos. Finalmente se realizaron pruebas experimentales a los prototipos para determinas su ancho de banda y relación señal-ruido, Además se compararon los resultados experimentales con la simulaciones realizadas. Este trabajo es un primer paso en el desarrollo del conocimiento requerido para la fabricación local de transductores ultrasónicos para ensayos no destructivos. This work shows the design and manufacturing process of prototypes of ultrasonic transducers
for non-destructive testing (NDT) and material characterization. An analysis of the
concepts related to the theory of acoustic waves, piezoelectric materials and ultrasound
transducers is made. A matrix method useful for the one-dimensional analysis of transducers
is implemented. This method allows modeling each component of the transducer
individually, obtaining the frequency response and determining changes or improvements
required in the design. The design and manufacture of two prototypes are carried out.
They consist of two pairs of transducers for immersion test and working frequencies of 1
and 2 MHz. The process of materials selection, manufacturing and assembly is explained
in detail. One of the prototypes was encapsulated using stainless steel, a conventional
technique used by manufacturers today. The other prototype was encapsulated using
polymer parts made by additive manufacturing. This approach is novel and allows for significant
cost reduction. Finally, experimental tests were carried out on the prototypes to
determine their bandwidth and signal-to-noise ratio. In addition, the experimental results
were compared with the simulation results. This work is a first step in the development
of the knowledge required for the local manufacture of ultrasonic transducers for nondestructive
testing